寒区渡槽冻害防治措施

徐长华 ，满守耀

(1.桦南县水利勘测设计队，黑龙江桦南 154400;2.桦南县水务局基层站，黑龙江桦南 154400)

寒区渡槽冻害防治措施

徐长华1，满守耀2

(1.桦南县水利勘测设计队，黑龙江桦南 154400;2.桦南县水务局基层站，黑龙江桦南 154400)

在我国北方寒冷省区，水工建筑物的基础极易遭受冻害。特别是建在河道上的渡槽工程常因冻害的破坏而丧失其使用功能。经冻害破坏的渡槽不易维修，它的损坏将影响下游大面积水田的灌溉用水，造成的经济损失是巨大的。所以了解渡槽冻害破坏特征，并在渡槽基础施工过程中采取切实可行的冻害防治措施，确保渡槽的安全运行就显得尤为重要。这样才能有效地保证水稻等农作物的经济效益。

渡槽;负温气候;基础冻害;特征;防治措施

桦南县位于黑龙江省东部，年气温低，冻结历时长，全年最低气温-32℃，最大冻土深2.1 m，属季节冻土区，而渡槽又是建设在河、沟道等地势低洼，含水率大的冻胀土基上，如果在设计与施工中重视不够，措施不当，就将导致渡槽槽身拱起，倾斜或倒塌，东北许多已建渡槽，都因基础冻害而发生不同程度的断裂、倾斜、基础上抬等破坏最终使渡槽无法使用。桦南县共和灌区南干渠钢渡槽就因中间桩基冻拔上抬而无法正常使用。向阳山三合干渠清茶渡槽也因冻害致使槽身上抬，新兴八支渠渡槽因冻害而毁弃等。所以了解冻害破坏特征，掌握冻害防治措施是十分必要的。

1 渡槽冻害的破坏特征

1.1 冻胀力作用下渡槽基础的上抬

寒冷地区的渡槽多采用图1中的3种基础型式，切向冻胀力对基础的作用见图2。

图1 经常采用的3种型式渡槽基础

图2 切向冻胀力对基础作用示意图

基础的冻害破坏，外观上表现为不均匀上抬，中间基础上抬量大，呈“罗锅形”，渡槽基础的不均匀上抬，主要是切向冻胀力作用的结果。当基础周围土体冻胀时，靠近桩柱的土体冻胀变形受到约束，进而沿基础侧表面产生方向向上的切向冻胀力。

在切向冻胀力作用下的冻胀上抬通常由以下两种原因所致：

1)由于桩柱上部荷载，桩自重及桩柱与未冻土间的摩擦力不足以平衡总冻切力而产生整体上抬，其计算公式为：

式中：P为桩柱盖梁以上荷载;G为自重;D为桩柱直径;L为桩柱入土深度;H为冻层深度;fp为极限摩阻力;τ为单位切向冻胀力，我国在《灌入柱基础设计施工规范》中按土的冻胀性给出如下取值标准：一般冻土5～8 t/m2，强冻胀土8～12 t/m2。

2)由于在冻拔力作用于下，桩柱截面尺寸配筋不满足抗拉强度要求造成断桩，断桩位置多发生在最大冻拔力截面或断筋截面。

1.2 渡槽斜坡桩柱基础的冻害

当渡槽跨越剧深沟时，位于斜坡上方的桩柱不但受侧向不均匀土压力的作用，而且冬季还受来自斜坡上方的侧向来冻胀力的作用而产生沟内侧偏移或断裂。

有关资料表明，作用于斜坡桩柱上方的冻胀力呈倒三角形分布。在0.2 m深处观测到的最大冻胀力为2.5 kg/cm2。

2 渡槽冻害的防治措施

为了防治渡槽基础的冻害，可采用消除、消减冻因的措施。

2.1 换填法

是将渡槽基础周围冻胀的土挖除，然后用弱冻胀的砂、砾石、炉灰渣等材料换填。换填厚度一般在40～80 cm，特别对于软塑黏土，切向冻胀力值＞20 t/m2，要满足此情况的抗冻拔稳定，采用单一的结构措施是困难的，即便可行，在经济上往往也是不合理的。这时采用换填措施将冻胀力消减到一定范围后再采用防冻结构措施更谓合理，采用砂砾换填应控制粉黏粒含量，一般＜14%，对换填料表表面应进行护砌，防止水流冲刷。

2.2 物理化学法

是指在基础四周冻土中掺某种化学物质或物理措施，使其丧失冻胀性。主要有以下3种：

1)憎水土改良法：用液态石油沥青，液态煤焦油，泥炭焦油和柴油等收敛化学物掺入渡槽基础周围土中，使其变成憎水土，为使憎水土具有足够强度稳定性，需在憎水土中加入一定数量的表面活性剂，如有机酸和苯酚与少量熟石灰配合，有机亚硝酸基、松香酸的松脂废料等，为防止渡槽基础冻拔，可在基础周围一定范围做20～30 cm的憎水土护砌。

2)盐渍化法：可将回填土盐渍化，对于亚黏土可采用2%～4%，对于砂质土可采用1% ～2%，然后回填到基础周围，为防止表面盐渍化土流失，应当用防水层保护，盐化法简单易行，防冻效果较好，缺点是有效期短，2～4个冬季后，防冻胀效果降低，所以要每隔2～4个冬季加一次盐，以保持防冻胀效果的连续性。

3)加热隔热法：加热法是指在渡槽基础周围埋设加热电缆，通过连续或间断加热的方法以保证基础周围不产生冻结。隔热法是指在渡槽基础周围填土表面设置隔热层。常用做隔热层的材层有：草筏、炉渣、玻璃纤维和聚苯乙烯泡沫塑料等，其中聚苯乙烯硬质泡沫板具有很强的保温作用，还具有闭孔结构不吸水，其化学成分决定它不腐烂、耐久性好，有较好的抗压缩性能(抗压强度≥2 kg/cm2)，且成本低，较适宜隔热法。

3 结语

只有深入了解冻害的破坏特征，才能总结出切实可行的有效的冻害防治措施。在水利工程国民经济效益评价计算过程中，水工建筑物的生产使用寿命一般都在30～50 a，而发生冻害破坏的渡槽往往在建成后几年最多十几年就无法运行，严重影响了下游水田的灌溉用水。我们可以采用有效的冻害防治措施来确保渡槽的安全运行，更好地服务于当地的农业发展。

［1］陈德亮，管枫年，等.渡槽［M］.北京：水利电力出版社，1985.

［2］中国建筑科学院地基所.灌入桩基础设计施工规范［S］.北京：建筑工业出版社，1978.

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1007-7596(2011)06-0283-02

2011-08-15

徐长华(1974-)，女，黑龙江桦南人，工程师;满守耀(1973-)，男，黑龙江桦南人，工程师。